引用本文
陈虹宇, 刘丽. 镜面、光盘客体表面汗潜指印的光学无损显现方法[J].刑事技术, 2019,44(3):233-237
CHEN Hongyu, LIU Li. Nondestructive Optical Methods to Visualize Latent Sweat Fingermarks on Mirror/CD-ROM Surfaces[J]. Forensic Science and Technology,2019,44(3): 233-237  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2019.03.009
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镜面、光盘客体表面汗潜指印的光学无损显现方法
陈虹宇, 刘丽*
中国刑事警察学院痕迹检验技术系,沈阳110854

第一作者简介：陈虹宇,女,四川雅安人,硕士研究生,研究方向为痕迹检验鉴定。E-mail: 694315580@qq.com

* 通讯作者简介：刘丽,女,辽宁沈阳人,博士,教授,研究方向为痕迹检验鉴定。E-mail: liliu_ccpu@yahoo.com
基金资助: 公安部科技强警基础工作专项资助（No. 2015GABJC07）;中国刑事警察学院研究生创新能力提升项目资助（NO. 2018YCZD05）
摘要

目的 确定镜面、光盘表面汗潜指印的最优光学无损显现方法。方法 从拍摄所得的指印纹线特征清晰程度和纹线与背景反差程度两方面出发,系统比较了暗视场配光照相法、垂直定向反射配光照相法和短波紫外反射照相法对镜面、光盘上的汗潜指印的光学显现效果。结果 结果显示,三种方法均可对镜面、光盘客体表面的指印进行固定。其中,镜面客体表面的汗潜指印适宜用暗视场配光检验法结合景深控制进行拍摄,摄得的指印纹线清晰,无重影;光盘客体表面的汗潜指印适宜用短波紫外反射照相法进行拍摄,摄得的指印与背景客体反差鲜明。结论 总的来说,上述实验可为镜面、光盘表面指印的固定方法的选取提供依据。

关键词: 光学无损显现; 汗潜指印; 镜面客体; 光盘客体
中图分类号:DF794.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2019)03-0233-05
Nondestructive Optical Methods to Visualize Latent Sweat Fingermarks on Mirror/CD-ROM Surfaces
CHEN Hongyu, LIU Li*
Department of Mark Identification Technology, Criminal Investigation Police University of China, Shenyang 110854, China
Abstract

Objective Selecting an optimal nondestructive optical method to detect latent sweat fingermarks deposited on mirror/CD-ROM surfaces.Methods From the items of ridges’ clarity and contrast between the ridges and background, a systematic comparison was conducted into the methods of dark field lighting, vertical orientating reflection and ultraviolet reflection for their visualizing the latent sweat fingermarks deposited on mirror/CD-ROM surfaces.Results The three methods can clearly visualize the latent sweat fingermarks on mirror/CD-ROM surfaces. Among them, the dark field lighting is optimal to detect latent sweat fingermarks on mirror surfaces when the field depth is under control, with the ridges clearly photographed and no shadow from the mirror. The ultraviolet reflection is suitable to develop the latent sweat fingermarks deposited on CD-ROM surfaces, with the photographed fingermark image clearly contrasted against its background.Conclusion A reference can be here provided for choices to visualize latent sweat fingermarks on mirror/CD-ROM surfaces.

Key words: optimal nondestructive optical method; latent sweat fingermarks; mirror surfaces; CD-ROM surfaces

指印, 即人手指指纹的反映形态, 因其具有特定性、稳定性、反映性, 对甄别嫌疑人、串并案件等侦查活动具有重要意义[1]。若在现场勘查过程中发现现场指印, 应当采取适当的方法进行固定提取。通常, 固定的方法分为两大类：一是通过光学无损检验技术对指印进行固定; 二是通过显现技术（如硝酸银显现法、502胶熏显法、碘熏法、粉末显现法等）对指印进行固定[2, 3, 4]。光学无损检验技术包括暗视场配光、定向反射配光等普通配光检验方法与红外反射照相、紫外反射照相等特种摄影方法[5, 6, 7, 8]。该技术一般不会破坏指印乳突纹线及指印中的DNA等物质信息, 因此成为固定指印的首选方法。

现场勘查过程中, 技术人员经常发现镜面、光盘等物证表面遗留嫌疑人的指印。对镜面指印固定时, 周围物体易在镜内成像而遮盖指印特征, 镜面汗潜指印纹线易出现双影; 对光盘表面指印固定时, 光盘表面分布储存数据的纹路作用使得表面呈彩色, 且易遗留划痕, 干扰指印成像。故运用一般光学检验方法难以清晰固定这两类客体上的汗潜指印。90年代曾有报道利用磨砂胶带粘贴或磨砂玻璃覆盖拍摄镜面指印的方法, 但胶带直接粘取不利于指印成分分析等后续检验, 磨砂玻璃覆盖法极易因玻璃移动而直接破坏指印纹线特征[9, 10]。2006年, 刘波涛[11]比较了刮镀水银层和利用化学试剂去除水银层固定指印的方法, 但是刮镀水银易在镜面出现划痕, 而使用化学试剂浓硝酸易腐蚀皮肤。此外, 贺永杰等[12]报道了利用全波段CCD和定向反射装置拍摄光盘上的指印, 实验取得了较好的显现效果。王明广等[13]巧妙利用扫描仪无损提取镜面指印, 经Photoshop处理后的镜面指纹清晰, 纹线与背景反差鲜明, 无重影现象。普通配光检验法主要是控制检材反射光亮度分布, 以加强纹线与背景客体的反差和显出图案, 包括暗视场配光技术、定向反射配光技术、均匀配光技术等七种方法[14, 15]。普通配光检验法因操作简便可控、拍摄效果好等优点在基层公安实践中广泛应用。根据不同拍摄要求, 作为特种摄影方法之一的短波紫外反射照相可结合不同配光技术达到拍照目的。

本研究系统比较了普通配光检验法（暗视场配光照相法和垂直定向反射配光照相法）和短波紫外反射照相法对镜面、光盘上的汗潜指印的光学显现效果, 以寻找镜面、光盘客体表面汗潜指印的最佳拍摄方法。

1 材料与方法
1.1 实验材料与仪器

实验材料：镜子、光盘若干用于实验样本的制作。

实验仪器：EOS 700D相机、EF100mm f/2.8 USM微距镜头、紫外数码照相机、254 nm短波紫外滤光镜（佳能公司）, MZQ-Ⅱ 物证检验光源（天津刑事科学技术研究所）, HXDF-I型垂直定向反射器、ZHPF-1070物证翻拍仪（北京华兴瑞安科技有限公司）, EF-180c手持式254 nm短波紫外线灯（美国斯贝利公司）。

1.2 实验步骤

1.2.1 实验样本的制作

实验所用的汗潜指印由同一人提供。首先清洁手指, 用同一手指以相同且均匀的力度分别在镜子和CD光盘客体上各按捺15枚汗液指印样本。为模拟案件现场的真实环境, 汗潜指印样本均存放在温度为25 ℃、湿度为35%的自然环境下。

1.2.2 普通配光检验照相

卸下相机自身镜头, 将微距镜头安装至机身, 固定在物证翻拍仪上, 将相机模式调为手动模式, 物证检验光源入射角度调整为10° 左右, 观察取景并调焦, 选取合适光圈和快门速度, 采用暗视场配光照相法逐一对镜面、光盘上的汗潜样本指印进行拍摄。随后, 将物证检验光源与垂直定向反射镜相连, 选取合适光圈和快门速度, 采用垂直定向反射配光照相法逐一对镜面、光盘上的汗潜指印进行拍摄。整个实验过程保持环境黑暗, 无杂光干扰。

1.2.3 短波紫外反射照相

将紫外反射照相机固定在物证翻拍仪上, 在镜头前安装254 nm紫外滤光镜, 相机模式调为手动模式, 焦距调至55 mm, 观察取景并调焦, 选取合适光圈和快门速度。将紫外光源的入射角度调整为10° 左右, 采用暗视场配光照相法对镜面、光盘表面的汗液指印进行拍摄。整个实验过程保持环境黑暗, 无杂光干扰。

2 结果与讨论
2.1 实验原理

暗视场配光照相法的原理如图1a所示, 当入射光以较小的入射角度（10° 左右）照射检材时, 对于深色光滑承痕客体, 其表面具有定向反射性质且反射率低, 因此客体表面的反射光在法线方向上的垂直分量几乎为零; 汗潜指印具有混合反射性质, 其反射光却分布在一定角度范围内（纹线反射的最大方向接近法线方向）, 因此汗潜指印的混合反射光的垂直分量较大, 纹线与背景亮度反差由此形成[16]。垂直定向反射配光照相法的原理如图1b所示, 当入射光水平射向垂直定向反射镜时, 入射光线发生定向反射, 垂直照射检材。对于承痕客体, 其表面光滑发生定向反射, 光线全部反射至镜头（反射光垂直分量达到最大）; 汗潜指印发生混合反射, 反射光垂直分量没有客体多, 故形成暗纹线、亮背景的亮度反差[17]。短波紫外反射照相法主要是利用承痕体与乳突纹线对短波紫外线存在不同的吸收形式和反射形式, 使得纹线与客体形成反差[18, 19]。对于镜面客体, 镜面对254 nm短波紫外线呈定向反射, 在垂直方向没有反射光, 且镜面客体对紫外线的反射率很小（即大部分紫外线被镜面吸收）。汗潜指印对短波紫外线具有混合反射的性质, 反射光分布在一定角度范围内, 虽然有一定的内反射, 进入到相机CCD的紫外光主要是汗液指印的反射光, 故可形成暗背景、亮纹线的反差效果（如图1c所示）。对于光盘客体, 其表面因刻录数据而不平整, 导致紫外线照射至表面时发生混合反射且其对光线的反射率大于指印纹线, 故通常光盘背景呈浅色, 而纹线呈深色（如图1d所示）。

图1 实验原理图（a：暗视场配光检验原理图; b：垂直定向配光检验原理图; c：镜面客体紫外反射照相原理图; d：光盘客体紫外反射照相原理图）Fig.1 Schematic diagram (a. Dark field lighting; b. Vertical orientation lighting; c. Ultraviolet reflecting onto mirror surface; d. Ultraviolet reflecting onto CD-ROM surface)

2.2 镜子表面汗潜指印的拍摄

实验采用普通配光检验法（暗视场配光照相法和垂直定向反射配光照相法）和短波紫外反射照相法对镜面上的汗潜指印进行拍摄, 拍摄效果如图2所示。三种方法均取得了较好的拍摄效果, 其中效果最好的是采用暗视场配光照相法拍摄的指印, 纹线清晰流畅、无重影, 可检见小棒、小点等细节特征, 甚至汗孔等三级特征（图中蓝色虚线圆圈）。需要注意的是, 该法需要通过景深控制技术消除乳突纹线在镜子内的重影。此外, 短波紫外反射照相法、垂直定向反射配光照相法亦可消除指印纹线在镜面的重影。

图2 不同方法拍摄镜面上汗潜指印（a：暗视场配光; b：垂直定向配光; c：短波紫外反射照相。1: 小棒; 2、7: 小点; 3: 起点; 4、8: 分歧; 5、9: 终点; 6: 伤疤）Fig.2 Different methods for photographing latent sweat fingermarks on mirror surface (a. Dark field lighting; b. Vertical orientating lighting; c. Ultraviolet reflecting. 1. Stick; 2/7. Island; 3. Starting point; 4/8. Bifurcation; 5/9. Termination; 6. Scar)

为更科学地评估三种方法对汗潜指印的拍摄效果, 实验进一步采用统计的方法, 以乳突纹线细节特征的反映程度（细节特征的个数）和背景客体与纹线的反差程度（纹线与背景的平均灰度差值）两个方面为标准。评价方式采用评分制（满分5分）：0~5分代表乳突纹线细节特征的反映程度、背景客体与纹线的反差程度依次增大。每种方法分别拍摄15枚指印, 依照评价标准对15枚指印的光学显现效果进行评分统计, 并绘制散点图（图3）。当点的横、纵坐标越大（即点靠近图的右上角）, 说明纹线细节特征清晰, 背景与纹线的反差较大, 光学显现效果较好; 当点横、纵坐标越小（即点靠近图的左下角）, 说明纹线特征模糊不清, 客体与纹线的反差不鲜明, 显现效果较差。从散点图的分布可以得知：采用暗视场配光照相法拍摄的指印, 点集中分布于图的右上方, 效果最佳; 从细节特征的反映程度方面来说, 暗视场配光照相法拍摄的指印效果最佳, 垂直定向反射配光照相法拍摄的指印效果次之; 从背景客体与纹线的反差程度方面来说, 暗视场配光照相法拍摄的指印效果最佳, 紫外发射照相法拍摄的指印效果次之。

图3 不同方法拍摄镜面客体表面汗潜指印的光学显现效果散点图Fig.3 Effects of various optical photographing on visualizing latent sweat fingermarks on mirror surfaces

2.3 光盘表面汗潜指印的拍摄

采用暗视场配光照相法、垂直定向反射配光照相法、短波紫外反射照相法对光盘上捺印的汗潜指印进行拍照, 实验结果如图4所示。短波紫外反射照相法与暗视场配光照相法拍摄的指印效果较好, 垂直定向反射配光法效果最差。因为光盘表面划痕较多, 光滑程度有所下降, 采用垂直定向反射配光照相法, 划痕产生的反射光也一并被记录, 故划痕较多会形成指印纹线假特征, 从而影响后续检验鉴定。

图4 不同方法拍摄光盘上汗潜指印（a：暗视场配光; b：垂直定向反射配光; c：短波紫外反射照相。1：小棒; 2：分歧; :3：伤疤; :4、5、9：起点; :6、8：小点; 7：结合）Fig.4 Different methods for photographing latent sweat fingermarks on CD-ROM surface (a. Dark field lighting; b. Vertical orientating lighting; c. Ultraviolet reflecting. 1. Stick; 2. Bifurcation; 3. Scar; 4/5/9. Starting point; 6/8. Island; 7. Combined)

实验还对三种不同方法摄得的指印效果进行进一步评估。与2.2中提到方法一致, 以乳突纹线细节特征的反映程度（细节特征的个数）和背景客体与纹线的反差程度（纹线与背景的平均灰度差值）为评判标准。每种方法分别拍摄15枚指印, 依照评价标准对15枚指印的光学显现效果进行评分统计, 并绘制散点图（图5）。从散点图的分布可以得知：采用短波紫外照相法拍摄的指印, 细节特征多, 反差鲜明, 点集中分布于图的右上方, 效果最佳; 其次是暗视场配光照相法拍摄的指印; 再次是垂直定向反射配光照相法拍摄的指印。

图5 不同方法拍摄镜面客体表面汗潜指印的光学显现效果散点图Fig.5 Effects of various optical photographing on visualizing latent sweat fingermarks on CD-ROM surfaces

2.4 模拟现场勘查

为进一步探究最优固定方法的切实有效性, 本实验构建了一起模拟案件并对案件现场进行了现场勘查。经勘查, 现场发现一面镜子和一张光盘, 表面均遗留有汗潜指印。根据2.2和2.3所得出的结论, 镜面指印采用暗视场配光法结合景深控制技术进行拍摄, 光盘表面指印采用短波紫外反射照相法进行固定（图6）。为验证固定提取的指印具有可检验鉴定性, 将固定提取后的两枚指印录入东方金指指纹自动识别系统（GAFIS 6.2）, 自动提取细节特征。结果表明, 两枚指印的拍摄效果好, 指印细节特征均可被系统准确识别。故实验确定的最优方法在实际案件中具有可操作性。

图6 模拟案件现场指印光学显现效果图（a：暗视场配光照相法拍摄镜面上的指印; b：短波紫外反射照相法拍摄光盘上的指印）Fig.6 Visualization of fingermarks from the simulated crime scenes (a. Dark field lighting to reveal the fingermark on mirror; b. Ultraviolet lighting to unveil the fingermark on CD-ROM)

3 结论

本实验通过系统比较暗视场配光照相法、垂直定向反射配光法、短波紫外反射照相法三种方法光学无损显现镜面、光盘表面汗潜指印的效果, 确立了此两类客体表面指印固定的最佳方法。从实验结果可以看出, 暗视场配光照相法能较好地固定镜面汗潜指印, 摄得的指印纹线清晰, 特征可辨, 且无重影; 光盘表面指印最佳固定方法为短波紫外反射照相法, 采用该法摄得的指印纹线呈深色, 背景呈浅色, 反差鲜明。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

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